新方法为生物可吸收电子低成本快速制造开辟道路

生物可吸收电子(bioresorbable electronics)或瞬态电子(transient electronics)通常指能在人体内存在并正常作用一定时间后降解的电子线路或设备,其降解产物对人体无害。生物可吸收电子概念理论上是完全可行的,这在学术界得到了广泛的认可,然而目前为止却没有一种生物可吸收电子真正广为商用,其主要原因就是制造成本太高。传统的集成电路加工方法如热蒸发镀膜、电子束蒸发镀膜或其他沉积技术,都要用到大型的仪器设备,不仅设备本身费用昂贵,运行、维护成本非常高,而且耗费大量时间,如热蒸发镀一层100nm厚的膜需消耗数个小时。

相对于传统的减材制造技术,新颖的增材制造理念给研究者们带来灵感。有课题组将可降解金属粉末化为浆料,采用丝网印刷的方法以实现可吸收导线的快速制造,然而效果并不理想,其制造的导线电导率只有5000 S/m,不及传统制造的金属图案(106至107 S/m)。最近,有团队利用激光烧结纳米颗粒的方法,成功将一些惰性金属如金、银的纳米颗粒,烧结成具有高导电性能的导线。然而对于活泼金属,如锌,只获得4×104 S/m的电导率。这是因为烧结过程中,惰性金属表现出很强的抗氧化性,而活泼金属(如镁和锌)却很容易被氧化。

AM-huangxian

近日,天津大学精仪学院黄显教授和密苏里科技大学的潘衡(Heng Pan音译)教授的联合团队成功利用激光烧结打印的方法制造了高导电性能的生物可吸收锌导线。此方法的基本原理是:激光照射预先处理好的锌纳米颗粒,激光产生的高温使其锌原子脱离其表面氧化层蒸发后冷凝于可溶性基底上。重复测试表明,使用该方法制造的锌导线电导率可达1.124×106 S/m。与传统方法相比,该方法为直接打印,制造时间大大缩短,而且不需要大型设备参与,成本大大降低。受激光光斑的限制,使用该方法能够获得大于60微米线宽的图案,可满足瞬态金属互联的要求,而在亚微米生物可吸收瞬态集成电路的制造方法上还需要进一步探索。该研究成果发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201700172 )上。